高功率双层径向线螺旋阵列天线理论分析与数值模拟

研究了一种高功率双层径向线螺旋阵列天线.论文首先介绍该阵列天线的工作原理,然后从工作原理出发,设计中心频率为4.0 GHz的高功率双层径向线螺旋阵列天线,提出并研究了螺旋单元天线的磁耦合馈电,最后用有限元算法软件对阵列天线进行了数值模拟.模拟结果表明:该口径为320mm的天线在中心频率上可获得21.13dBi的增益,口径效率可达72.3％,在-12°≤θ≤12°的范围内轴向轴比值小于1.55;在3.8GHz~4.2GHz的频率范围内增益大于20.68dBi,口径效率大于69%,天线轴向轴比值小于1.7.     

16单元组合式矩形径向线螺旋阵列天线的设计

提出并研究了一种组合式矩形径向线螺旋阵列天线.介绍该天线的提出背景及工作原理,利用L型电磁组合探针设计和数值模拟了口径为180×180 mm的C波段16单元组合式矩形径向线螺旋阵列天线,并对其进行实验验证.模拟结果表明:该天线在中心频率4.0 GHz下,增益18.74 dB,轴向轴比值0.567;在3.8～4.0GHz的频率范围内增益大于18.27 dB,轴比大于0.567,反射系数小于0.2.实验结果表明:该天线在3.8～4.0 GHz的频率范围内增益大于17.5 dB,口径效率大于83%,驻波比小于1.5.     

短螺旋天线改进设计

以提高天线功率容量为目标,提出了短螺旋天线的改进方案,数值模拟了螺旋主要结构尺寸对其辐射特性和最大场强的影响,给出了具有较高功率容量的短螺旋天线模型.工作频率为4.0 GHz时,改进后的短螺旋天线轴向方向性系数为8.75 dB,轴向轴比为1.22 dB,真空状态下的功率容量提高到64MW.将该单元天线应用到了高功率螺旋阵列天线的设计中,通过对阵列天线的实验测量说明了短螺旋单元天线的良好性能.     

X波段双层16单元正方形径向线螺旋子阵的设计

矩形径向线螺旋子阵的设计是高功率高增益径向线螺旋阵列天线研究的基础,提出并设计了一个X波段双层16单元正方形径向线螺旋子阵,阐述了子阵的工作原理,简要介绍了X波段的辐射单元和耦合探针,重点分析了双层径向线馈电系统,从而得到了一个X波段的子阵模型,并对其进行了数值模拟,结果表明该子阵在8.6～10.1GHz的频带范围内,天线反射系数小于0.1,在9.0～10.0GHz的频带范围内,天线增益大于18.45dB,副瓣电平小于-11.68dB,轴比值小于1.66。     

新型电单负材料结构在天线互耦抑制中的应用

单负材料所具有的电磁禁带特性可应用于阵列天线中降低天线单元间的互耦.文中研究设计了一种电单负材料结构单元ENG-APSL, 采用等效电路和波导传输法分析了ENG-APSL的电磁特性, 并提取等效参数.然后, 将基于ENG-APSL单元构成的隔离器用于抑制微带阵列单元间的互耦.研究表明, 天线阵列单元间距为0.37λ₀(λ₀为天线工作频率波长)条件下, 加载隔离器后天线阵列单元的E面耦合度降低了21 dB, 并且在工作频率(5.1 GHz)附近隔离度大于25 dB的带宽达到5.1%.同时, 该隔离器具有结构简单、尺寸小的突出优势.     

一种高增益微波光子天线阵列的设计

设计了一种中心频率为20 GHz的8单元微带光子天线阵列,利用微波光子技术解决了传统微波技术在高频、宽带等方面的问题。天线单元为矩形微带贴片天线,馈电网络采用具有λ/4阻抗匹配枝节设计的多级T型等分功分器。采用光子上变频技术产生20 GHz的微波信号,光载微波信号经光纤传输后由阵列天线发射。利用三维高频结构电磁场仿真对该天线阵模型的搭建和优化进行仿真,结果表明天线阵仿真阻抗带宽为1.15 GHz,在带宽内最大增益为13.6 dBi。将天线阵列应用到微波光子系统发射端,测量结果表明,最大增益可以达到6.92 dBi。该天线阵列性能良好,可广泛应用于未来移动通信网络覆盖领域。     

双频阵列天线方向图的非线性最小二乘法综合

研究了一种20GHz和30GHz双频六角形阵列天线方向图的综合方法.采用了非线性最小二乘法对影响天线方向图的诸多参数,如单元的幅度和相位、单元间距以及单元在阵中的位置进行了优化设计,以使双频阵列方向图在最小二乘意义上逼近预先给定的理想方向图.仿真结果表明该方法可行、有效.     

低互耦星载相控阵天线设计

介绍了一款工作于Ku频段的低互耦星载相控阵天线的设计方法, 采用在阵列单元周围加载金属腔体的方式降低阵列单元之间的互耦效应, 从而改善相控阵天线的方向图扫描特性.针对相控阵天线在二维±60°范围内低副瓣波束扫描的特点, 对5×5子阵和16×16阵列进行了研究, 验证了阵列的互耦降低方法的有效性和电性能.研究结果表明:相控阵单元间互耦小于-16 dB, 而相控阵单元在15.1~16.8 GHz电压驻波比小于2, 相对带宽11%;在频率为f₀±500 MHz范围内, E面3 dB波束宽度大于98°, 5 dB波束宽度大于113°, H面3 dB波束宽度大于113°, 5 dB波束宽度大于122°.在仿真设计的基础上, 研制了子阵天线试验样机, 测试结果与设计结果吻合良好, 证明了降低互耦方法的有效性, 天线单元方向图满足在±60°范围内波束扫描的要求, 可应用于相控阵雷达系统.     

一种应用于5G的紧凑型阵列天线设计

提出一种应用于5G的紧凑型阵列天线,由4个天线单元相互正交放置,通过在天线单元之间的上下两个平面分别添加4个二分之一波长的微带线,提高了天线单元间的隔离度。利用高频电磁仿真软件,对所提天线单元及阵列结构进行分析。实验结果表明,阵列天线的工作频段分别为2.72~3.92 GHz和4.74~5.42 GHz,在工作频段内各天线单元间的隔离度均低于-20 dB,完全覆盖5G所需的3.3~3.6 GHz和4.8~5.0 GHz两个工作频段。该阵列天线结构紧凑,体积仅为68.5 mm×68.5 mm×1.524 mm,能够被5G的小型化便携设备所应用。     

5G中的超宽带阵列天线及其小型化技术

研究了超宽带阵列天线的设计及其低剖面技术。将ADS电路仿真软件与电磁场全波仿真软件Ansoft HFSS相结合,利用具有紧耦合的偶极子天线单元设计具有宽带工作的低剖面强耦合阵列天线。研究结果表明,在工作频率范围0.67~3. 78 GHz频段内,该天线阵列的电压驻波比优于2. 0,相对带宽为139. 78%,天线阵列的剖面仅有40.25 mm。其次,研究了加载人工磁导体结构实现阵列天线的低剖面技术。采用构成高阻抗地的人工磁导体结构改善了天线高频谐振性能,从而降低了天线的剖面高度。全波电磁仿真结果表明,该天线阵列在1. 1 ~ 2. 8 GHz范围的工作频率中电压驻波比优于2. 0,天线的剖面高度仅为24 mm,相对带宽78%。该技术可拓展应用到5G天线的开发。